GPRS La trasmissione a pacchetto nella rete GSM. Argomenti della lezione Cosè GPRS e come funziona...

GPRSLa trasmissione

a pacchetto nella rete GSM

Argomenti della lezione

Cos’è GPRS e come funziona

Canali logici e fisici

Assegnazinone delle risorse

Architettura

Modalità a pacchetto per reti GSM

General Packet Radio Service: GPRS

Usa da 1 a 4 canali sulla stessa portante (in prospettiva fino a 8)

Tariffazione in base alla mole di dati trasferiti

Si interfaccia a IP, X.25 o qualsiasi rete a pacchetto

General Packet Radio Service: GPRS

Supporta la QoS con diversi profili

Applicazioni di tipo transazionale e di trasferimento di piccole quantità di dati

Transazioni commerciali e finanziarie

Possibili applicazioni

Collegamento “always on” per la remotizzazione d’ufficio (agenti di commercio, ...)

Supporto efficiente di terminali WAP (Wireless Application Protocol)

Gestione di flotte commerciali


Gestione di logisticae approvvigionamento

Allarmistica e telesorveglianza senza requisiti di estrema urgenza

Per altre tipologie di traffico (es. trasferimento di grossi files o emulazione di terminale) potrebbe risultare non conveniente o non efficiente


Introduce una rete logica nuova sovrapposta a GSM

Architettura Generale

Utilizza l’infrastruttura fisica di GSM

Introduce due nuovi nodi di rete

SGSN: Serving GPRS Support Node, che svolge le funzioni dell’MSC per la rete a pacchetto


GGSN: Gateway GSN, che interconnette la rete GSM con le altre reti a pacchetto (PDN-Public Data Networks)


MSMS

BSSBSS

SGSNSGSNSGSNSGSN

GGSNGGSNGGSNGGSNSGSNSGSNSGSNSGSN

MSC/VLRMSC/VLRMSC/VLRMSC/VLR

SMS-SCSMS-SCSMS-SCSMS-SC

GMSCGMSCGMSCGMSC

HLRHLRHLRHLR

EIREIREIREIR

GGSNGGSNGGSNGGSN

altrePLMN

PDN(IP,X.25,...)

GRGRGRGR

Claudio Casetti

SM-SC = SMS Service Center


Il GPRS Register (GR) è una parte integrante della base dati HLR

Gestisce tutti i dati relativi ai servizi GPRS e ai relativi utenti

Rispetto a GSM aggiungeun possibile stato del terminale

Stati Operativi del Terminale

standbystandby

attachattachattachattachstandbystandbytimeouttimeoutstandbystandbytimeouttimeout

idleidle

readyreadydetachdetachdetachdetach

readyreadytimeouttimeout

PDUPDUTx/RxTx/RxPDUPDU

Tx/RxTx/Rx

PDUPDUTx/RxTx/RxPDUPDU

Tx/RxTx/Rx

Deve coesistere con i normali servizi GSM

NO celle separate

Priorità al traffico voce

GPRS GSM

Gli MS possono essere di 3 classi: Classe A: accesso simultaneo a servizi GSM e GPRS

GPRS GSM

Classe B: accesso simultaneo GSM/GPRS ma con qualità e velocità di trasmissione ridotte Classe C: impossibilità di accesso simultaneo

Connessioni Punto-Punto, Multicast e “Group Call”

Servizi Offerti

Servizi datagram oppure orientati alla connessione

Necessariamente simile

a quella GSM

Architettura protocollare

Essendo una rete a pacchetto ha

però più similitudini con ISO/OSI

Fortemente disomogenea

tra diverse entità di rete

Tenta di essere compatibile

con il futuro UMTS

Piano utente (trasmissione)

ApplicationApplication

IP/X.25IP/X.25

SNDCPSNDCP

LLCLLC

RLCMACRLCMAC

GSM RFGSM RF

RLCRLCMACMACRLCRLCMACMAC

BSSGPBSSGPBSSGPBSSGP

NSNSNSNS

GSM RFGSM RFGSM RFGSM RF L1bisL1bisL1bisL1bis

IP/X.25IP/X.25IP/X.25IP/X.25

GTPGTPGTPGTP

UDP/TCPUDP/TCPUDP/TCPUDP/TCP

IPv6IPv6IPv6IPv6

SNDCPSNDCPSNDCPSNDCP

MS BSS SGSN GGSN

Um Gb G

LLCLLCLLCLLC


NSNSNSNS

L1bisL1bisL1bisL1bis

GTPGTPGTPGTP

UDP/TCPUDP/TCPUDP/TCPUDP/TCP

IPv6IPv6IPv6IPv6

L2L2L2L2

L1L1L1L1

L2L2L2L2

L1L1L1L1

GTP: GPRS Tunneling Protocol

Protocolli piano utente

SNDCP: Sub-Network Dependent Convergence Protocol

LLC: Logical Link Control, cifrato e affidabile (LAPDm, quello del GSM)

Marco Fiore

SNDCP: fornisce una interfaccia universale da/verso il livello rete, indipendentemente dal protocollo usato (IP, X.25, etc.). Il parametro fondamentale memorizzato da SNDCP e' dunque il NSAPI (Network Service Address Point Identifier), cioe' l'identificativo del tipo di protocollo di livello 3 usato. Puo' anche multiplare piu' connessioni logiche a livello tre in una singola connessione di livello due.

Marco Fiore

Fornisce l'interfaccia di livello due, multipla piu' connessioni di livello 3 verso una singola interfaccia di livello 1. Il SAPI (Service Access Point Identifier) specifica verso quale livello 3 vanno inviati i dati (SNDCP per i dati GPRS, GMM per la segnalazione GPRS, SMS per gli short messages). Un'altro identificativo, il TLLI (Temporary Logical Link Identifier) identifica invece in modo univoco una certa MS a livello collegamento. Il TLLI e' derivato dal P-TMSI (il TMSI di GPRS). L'insieme SAPI+TLLI permette di identificare un preciso flusso a livello collegamento.

Marco Fiore

Protocollo di gestione del tunneling di pacchetti di dati all'interno della rete core GPRS. Effettua l'incapsulamento ed il decapsulamento dei pacchetti che arrivano da MS/rete esterna. Ogni flusso dati e' identificato da IMSI+NSAPI.

Piano di controllo (segnalazione)

GMM/SMGMM/SM

LLCLLC

RLCMACRLCMAC

GSM RFGSM RF

RLCRLCMACMACRLCRLCMACMAC


NSNSNSNS

GSM RFGSM RFGSM RFGSM RF L1bisL1bisL1bisL1bis

GMM/SMGMM/SMGMM/SMGMM/SM

L1bisL1bisL1bisL1bis

LLCLLCLLCLLC

MS BSS SGSNUm Gb


NSNSNSNS

GMM/SM: GPRS Mobility

Management and Session Management


GMM: insieme delle funzioni per la gestione della mobilita' degli utenti (idle <-> ready <-> standby e diffusione del Routing Area Identifier - RAI)

Marco Fiore

GMM: GPRS Mobility Management. E' l'insieme delle funzioni per la gestione della mobilita' degli utenti, include la segnalazione per i passaggi idle<->ready<->standby e la diffusione delle informazioni sul Routing Area Identifier (RAI).

Marco Fiore

GSM: GPRS Session Management. E' l'insieme delle funzioni per lla gestione delle singole sessioni di trasferimento dati. Include la segnalazione per l'assegnazione di indirizzi di rete (e.g., IP) a ciascuna MS (IMSI+NSAPI), l'identificazione della categoria di servizio (throughput, delay, loss, etc.), uso di NAT (Network Address Translator) in caso di indirizzi non-pubblici.

GMM/SM: GPRS Mobility

Management and Session Management


GSM: insieme delle funzioni per la gestione delle singole sessioni di trasferimento dati (indirizzi di rete, categoria di servizio, uso di NAT)

Marco Fiore

GMM: GPRS Mobility Management. E' l'insieme delle funzioni per la gestione della mobilita' degli utenti, include la segnalazione per i passaggi idle<->ready<->standby e la diffusione delle informazioni sul Routing Area Identifier (RAI).

Marco Fiore

GSM: GPRS Session Management. E' l'insieme delle funzioni per lla gestione delle singole sessioni di trasferimento dati. Include la segnalazione per l'assegnazione di indirizzi di rete (e.g., IP) a ciascuna MS (IMSI+NSAPI), l'identificazione della categoria di servizio (throughput, delay, loss, etc.), uso di NAT (Network Address Translator) in caso di indirizzi non-pubblici.

PBCCH: Packet-BCCH MSBSS

Canali logici

PRACH: Packet-RACH MSBSS

PPCH: Packet-PCH MSBSS

PAGCH: Packet-AGCH MSBSS

PDCH: Packet Data-CH MSBSS

(detto anche PTCH o PDTCH) I canali dati sono MONODIREZIONALI e non c’è relazione tra uplink e downlink

Canali logici

PACCH: Packet-ACCH MSBSS

Associato a un canale dati, ma instaurato in modo “asincrono”, tipo il FACCH

In celle con traffico GPRS trascurabile i canali di segnalazione

comune (PBCCH/PRACH/PAGCH) possono essere condivisi con GSM

Canali logici

L’allocazione delle risorse ad un MS è dinamica e sostanzialmente non

specificata dallo standard: ogni operatore può scegliere

le procedure e gli algoritmi che preferisce

Gli MS devono comunque essere in grado di ricevere regolarmente i normali canali broadcast del GSM

(FCCH, SCH, BCCH)

Canali logici

Stessa tramatura ed accessoa burst di GSM (ovvio!)

Organizzazione dei canali fisici

Organizzazione della multitrama su 52 (26x2) trame di 8 slot

12 blocchi da 4 burst “normali” (48 trame)

Le altre 4 trame sono dedicate alla segnalazione in particolare per trasmettere i parametridi timing advance


Il “blocco radio” (4 burst) è l’unità base di accesso: non si può avere una assegnazione più piccola


456 bit dopo la codifica, il livello di ridondanza viene adattato dinamicamente alla qualità del canale

Unità datiper il livello MACUnità datiper il livello MAC

B0 B1 B2 X B4 B5 B6 X B7 B8 B9 X B10 B11 B12 X

52 trame X Trame idle o di segnalazione

Organizzazione dei canali fisici: un esempio

B1B0 B3B2 B5B4 B7B6 B9B8 B10B11PRACH PRACH PRACH PRACH

0 4 8 13 2117 26 30 34 39 43 47

UP-link

B1B0 B3B2 B5B4 B7B6 B9B8 B10 B11PBCCH PAGCH

0 4 8 13 2117 26 30 34 39 43 47

DOWN-link

traffico non usati

Protocollo a contesa(slotted Aloha) per le

richieste su un canale logico dedicato PRACH

Sottolivello MAC

Risorse di trasmissione sui canali dati PDCH assegnate dalla BSS a gruppi di 4 trame

456 bit a livello MAC

Diventano 181, 266, 314 o 428 a seconda della codifica a livello LLC

Meno ancora a livello X.25/IP

Sottolivello MAC

I blocchi radio in downlink iniziano con 3 bit detti USF

(Uplink Status Flag) che definiscono lo stato e l’assegnazione

del corrispondente blocco in uplink

In particolare USF è usatoper assegnare il PRACH

in modo dinamico: USF=FREE

Codifica, “Steal bits” e USF

Marco Fiore

I 3 bit USF sono sempre presenti all'inizio di qualsiasi pacchetto downlink (trasmesso dalla BTS). Il valore di USF corrisponde a quello della MS che ha diritto di accedere in uplink sul medesimo canale allo slot successivo (e.g. se USF=2 in P-downlink durante TS3, la stazione identificata da USF=2 sara' quella che potra' trasmettere in uplink durante TS4). Se invece USF=111=7=FREE, allora nel Time Slot successivo nessuna MS manda dati, ma le MS possono fare richiesta per l'assegnazione di canali uplink (soddisfatte dalla BTS tramite il campo USF dei messaggi downlink seguenti).

Marco Fiore

L'identificativo USF viene assegnato a ciascuna MS quando questa fa richiesta di allocazione risorse su PRACH. Infatti, la BTS risponde alle richieste su PRACH con un Packet Uplink Assignment su PAGCH, che contiene l'identificativo della stazione che ha fatto richiesta (SAPI), il canale di traffico dati su cui mandare i pacchetti ed il valore USF su cui la MS e' stata mappata.

Es. di allocazione fissa del PRACH


0 4 8 13 2117 26 30 34 39 43 47

DOWN-link

B1B0 B3B2 B5B4 B7B6 B9B8 B10B11PRACH PRACH PRACH PRACH

0 4 8 13 2117 26 30 34 39 43 47

UP-link

Occorrenze fisse canale PRACH

Es. di allocaz. dinamica del PRACH

B1B0 B3B2 B5B4 B7B6 B9B8 B10B11PRACH PRACH PRACH

0 4 8 13 2117 26 30 34 39 43 47

UP-link

Occorrenze dinamiche PRACH


0 4 8 13 2117 26 30 34 39 43 47

DOWN-linkUSF=FREE USF=FREE USF=FREE

Inizia sempre con un burst sul PRACH (eventualmente come risposta ad un page)

Accesso al canale

BSS assegna un minimo di 8 blocchi radio e un USF temporaneo, che serve come notifica a MS per la trasmissione (nel blocco Downlink corrispondente, la BS assegna USF al valore corretto)

L’accesso può avvenire in una o due fasi (una fase di 8 trame o 2 fasi di 4 trame), a scelta di MS, in base alla quantità di datida trasmettere

Accesso al canale

Procedura Tx UPMS Network

Packet Uplink Assignment

PAGCH (AGCH)

Packet Channel Request

PRACH (RACH)

PACCHPacket Uplink AssignmentOptional

PACCHPacket Resource

RequestOptional

Procedura Tx DOWN

Packet Channel Request PRACH (RACH)

Packet Uplink Assignment PAGCH (AGCH)

Packet Uplink Assignment PACCHOptional

Packet Resource RequestPACCHOptional

Packet Paging Request PPCH (PCH)

Packet Paging Response PACCH

Packet DownlinkAssignment

PACCH

MS Network

Le BTS GPRS devono quindi

diffondere anche RA

L’instradamento avviene in base

alla Routing Area (RA), che èun sottoinsieme di una LA

Gestione dell’instradamento

Nella rete fissa l’instradamento

è gestito medianti protocolli di tunnelling

L’instradamento di rete fissa

cambia solamente se viene modificato l’SGSN

Gestione dell’instradamento

RA differenti collegate allo stesso

SGSN hanno impatto sul paging ma non sull’instradamento di rete fissa

La mobilità è gestita in modo

simile a GSM

Un MS ready effettua handover

ad ogni cambio di cella anche se non sta trasmettendo

Gestione della mobilità

Durante un handover il flusso

dati viene interrottoe si possono perdere dati

Un MS in standby effettua

un’aggiornamento tutte le volte che cambia RA

Gestione della mobilità

Un MS idle effettua le normali

procedure in base ad LA

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